JPWO2004097913A1 - 真空成膜装置及び真空成膜方法並びに太陽電池材料 - Google Patents

Abstract

基板加熱装置（３）により加熱した基板（１７）を成膜室（１１）に導入して成膜を行う真空成膜装置であって、基板加熱装置（３）が、加熱室（２３）と、加熱室（２３）に搬入される基板（１６）の面と所要の間隔を有して加熱室（２３）に配置されガス導入口（３４）が形成された扁平形状のプレートノズル（３３）と、プレートノズル（３３）のガス導入口（３４）に加熱ガスを導く加熱ガス導入装置（３２）とを備え、プレートノズル（３３）における基板（１６）と対向する面板（３３ａ）に基板（１６）を加熱ガスの衝突噴流により加熱するための複数のガス噴出口（３５）を備える。

Description

本発明は、真空成膜装置及び真空成膜方法並びに太陽電池材料に関する。

基板を加熱してその表面に薄膜を成膜する真空成膜装置としては、化学的気相成長（ＣＶＤ）法に分類される手法を用いた減圧ＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置等、並びに物理的気相成長（ＰＶＤ）法に分類される手法を用いた蒸着装置、スパッタリング装置及びイオン化蒸着装置等が知られている。
これらの内、ＣＶＤ法を用いた装置では、基板を所定の温度まで加熱した後、真空が保持された成膜室内に基板を保持して薄膜材料を構成する元素を含む原料ガスを基板上に供給することにより、気相及び基板表面での化学反応による化学気相成長によって所望の薄膜を基板に形成している。このＣＶＤ法では、ＰＶＤ法に比較して成膜される基板の温度が膜特性とより密接な開係を持っていることが多く、また、より高温での反応を要求することが多い。従って、特にＣＶＤ法では基板温度を均一に素早く昇温させることが重要となる。
ＣＶＤ法のうち、プラズマＣＶＤ法は、近年、その工業的応用分野として大量の大面積基板への成膜が重要度を増している。中でもガラス基板への成膜は、応用分野として重要な位置を占めるに至っている。ガラス基板は、基板温度の面内分布が不均一であると容易に破損するが、そのような特質を持つ大面積の基板を安価に、高速昇温することは難易度の高い技術である。
このために、従来の真空成膜装置は、通常１枚又は２枚の基板しか処理できないために能率が悪く、一方、この装置で３枚以上の基板を同時に処理しようとした場合には装置が極めて大型化する問題がある。
従来から提案されているこの種の真空成膜装置としては、例えば特開２００１−１８７３３２号公報に示す如く、基板を成膜温度以上に加熱する加熱チャンバーと、ロードロックチャンバーと、基板の表面に所定の薄膜を作成する成膜チャンバーとがゲートバルブを介在させながらこの順で気密に接続され、加熱チャンバーでは強制対流により基板を加熱するようにされて、熱源を通る気体を送風機によって循環供給させることにより高温気体を基板に供給して基板を加熱するようにされたものがある。
また、特許第３２１１３５６号に示す如く、インライン式プラズマＣＶＤ装置として、基板に予備加熱を行う大気加熱炉と、大気加熱炉から搬送された基板を真空中で所定の温度まで加熱を行うロード室と、基板表面に膜形成を行う反応室と、基板の冷却を行うアンロード室とを連続して配置したものがある。
前記特開２００１−１８７３３２号公報によれば、装置を大型化することなく大面積の基板を複数枚同時に処理することができるので、基板に薄膜を形成する作業の生産性を大幅に向上できる。
しかし、前記特開２００１−１８７３３２号公報では、基板全面を均一温度で短時間に加熱することは困難である。即ち、特開２００１−１８７３３２号公報では、加熱した高温気体を基板間に流動させて強制対流により基板を加熱しており、高温気体は基板の面と平行な層流となって流れる。このような層流による加熱によっても基板温度の昇温が完了した時点では面方向に略均一温度が得られるものの、昇温過程においては大きな温度不均一を生じることが多い。層流加熱の昇温過程において流れの上流側では、被加熱体の直近を流れる気体のもつ熱が被加熱体に伝達されて被加熱体が加熱されると同時に気体は冷却される。この冷却された気体は層流のまま被加熱体に沿って下流側に流れるが、この移動中において被加熱体から離れた位置を流れる高温気体の熱を奪って（熱が補給されて）再度加熱される。このようにして再度加熱された気体は下流側の被加熱体の温度を上昇させる。こうした理由から、被加熱体直近の気体の温度は下流に行くに従い徐々に低下する。このために、層流による加熱では、必ず上流側に比べて下流側の昇温速度が遅くなる。従って、被加熱体がガラスのように温度勾配に対して脆い材質である場合には、昇温途中で熱歪みにより破損に至る可能性がある。
上記したように、層流の加熱では、被加熱体から離れた位置の気体から被加熱体直近の気体への熱伝達が大きな役割を果たしている。しかし、層流中での気流に対して直角方向への伝熱は拡散に支配されるので、その熱伝導の速度は遅い。この結果として、被加熱体の下流側での昇温速度は更に遅くなる傾向を示す。
また、幅の広い（スリット状の）高温気体を基板に沿って流動させて加熱する場合は幅方向での気体流量の偏りが生じ易いが、このような気体流量の偏りが生じると被加熱体全体を所望の温度まで昇温させるのに必要な時間が延長される問題があり、また、昇温過程における温度勾配が著しい場合には熱歪みによって被加熱体に破損を生じさせる問題がある。
一方、前記特許第３２１１３５６号においては、真空中で基板を所定の温度まで加熱するために、ランプヒータを備えて輻射加熱で加熱しているが、加熱効率が悪く加熱に長時間を要するという問題がある。更に、基板の移動をステンレスチェーンコンベアで行っているために、同時に複数の基板を加熱することは困難であり基本的には１枚ずつしか加熱することができず、よって生産性が非常に低いという問題がある。
また、前記特開２００１−１８７３３２号公報では、大気圧で加熱するために、単位発生熱量あたりのコストが安価で単位発生熱量あたりの炭酸ガス発生量が小さい都市ガスや灯油等を熱源として使用することが可能であるが、特許第３２１１３５６号は、真空中での加熱であるために電気エネルギを使用せざるを得ず、環境負荷の大きな加熱方法であると言える。
また、特許第３２１１３５６号に示されるランプヒータによる加熱では、高温熱源から発せられる高エネルギ密度の近赤外線が使用されている。このように高エネルギ密度の熱源を使用すると、被加熱体の熱容量が場所によって大きく異なる場合には昇温完了時に大きな面方向の温度不均一が発生する可能性がある。例えば、被加熱体を支持する保持器の熱容量が小さく被加熱体の熱容量が大きい場合には、被加熱体を所望の温度に上昇させると保持器の温度が異常に上昇することが起こり得る。また、一般に、近赤外線に対する輻射率や反射率は、物質の種類や表面状態により大きく異なることが知られている。従って、被加熱体自身の面内或いは被加熱体と保持器との間に赤外線に対する表面性状の相違や変化があると、均一で再現性の良い加熱は望めなくなる。
本発明は、上述の実情に鑑み、基板に真空成膜する際の前処理として行う基板の加熱を、短時間で高能率に加熱し、しかも昇温途中及び加熱完了後において均一な面温度になるようにし、しかも複数の基板を同時に加熱して太陽電池材料等の生産性を高めることを目的とする。

本発明は、基板加熟装置により加熱した基板を成膜室に導入して成膜を行う真空成膜装置であって、前記基板加熱装置が、加熱室と、該加熱室に搬入される基板の面と所要の間隔を有して加熱室に配置されガス導入口を備えた扁平形状のプレートノズルと、該プレートノズルのガス導入口に加熱ガスを導く加熱ガス導入装置とを備え、前記プレートノズルにおける基板と対向する面板に基板を加熱ガスの衝突噴流により加熱するための複数のガス噴出口を備えたものである。
従って、本発明によれば、プレートノズルに形成したガス噴出口により、加熱ガスを導出し、衝突噴流によって基板を加熱するようにしたので、加熱効率を高めて基板の加熱時間を短縮できる。
一般に衝突する対象物がない場合、噴流の流れの状態は、ガス噴出口近傍から順に、ポテンシャルコア領域、遷移領域、そして発達領域に分類できる。加熱対象となる基板をどの領域に置くかによって、熱伝達率が変化するが、遷移領域に近い発達領域までに基板を配置することにより、大きな熱伝達率が得られる。逆に、基板をガス噴出口から遠い拒離を隔てて配置すると、大きな熱伝達率が得られなくなる。噴流の流れの状態は、また、プレートノズルのガス噴出口の大きさにも関係している。ここにいうガス噴出口は、加熱ガスを基板へ向かって噴出させる開口部である。
ガス噴出口の開口部形状は、方形あるいは円形等、設計的要件に応じてその形状を選択することができるが、その噴出口の代表的寸法をＢとしたとき、このＢとガス噴出口相互の間隔（距離）Ｈとの間に、Ｈ／Ｂ＜２０なる関係を持つことが望ましい。代表的寸法Ｂとは、例えば、正方形の開口を選択したときは正方形の一辺の長さを示し、円形の開口を選択したときはその円の直径を示す。より一般的には、ガス噴出口部分の流れを支配するレイノルズ数を決定するときに採用する寸法が代表的寸法である。
比Ｈ／Ｂを２０以下にすることにより工業的に充分大きな加熱速度を得ることができる。
衝突噴流による加熱では、ガス噴出口正面のよどみ点を中心とした局所的な加熱が行われる。局所的な入熱は、基板の横方向の熱移動により緩和され、基板全体温度が上昇すると共に、基板の均熱化が行われる。ガラスのように、局所的な温度上昇が激しくなると破損してしまうような材料では、衝突噴流による加熱において充分にこの点を配慮する必要がある。ガラスの厚さが充分に厚ければ、ガラスの面内の熱伝導が大きくなるのでガラス面内温度不均一は小さくなり、また、ガス噴出口の数密度を増やしても不均一が小さくなる。
ガラスの破損を防ぐために、前記基板が厚さｔのガラスである場合、前記ガス噴出口相互の距離をｒとしたときに、ｒ／ｔ＜２０なる関係を持つことが望ましい。
更に、前記プレートノズルの両側の面板にガス噴出部を備え、プレートノズルの両側の面板に対峙するように基板を配置してもよい。又、前記基板を挟むように配置したプレートノズルが、各プレートノズル内に発生する圧力勾配によって生じるガス噴出量の不均一が互いに相殺される位置にガス導入口を備えていてもよい。又、前記プレートノズルが、その相互間に基板が配置されるように櫛歯状に複数備えられた櫛歯ノズルであってもよい。又、前記基板が台車に支持されて搬送され、前記プレートノズルから噴出した加熱ガスが前記台車を通して前記加熱ガス導入装置に導かれるようになっていてもよい。
基板を挟むように配置したプレートノズルが、各プレートノズル内に発生する圧力勾配によって生じるガス噴出量の不均一が互いに相殺される位置にガス導入口を備えたので、基板を更に均一な面温度で加熱できる。
基板を加熱した後の加熱ガスが台車を通して加熱ガス導入装置に循環されるようにしてあるので、加熱ガスの流動が安定し基板の加熱が安定する。
本発明の別の局面は、真空成膜方法であって、基板加熱装置を成膜室に連結して配置し、基板を基板加熱装置に搬入し、基板の面と所要の間隔を有するプレートノズルの面板に備えたガス噴出口から加熱ガスを噴出させ、噴流加熱によって基板を加熱し、基板を均一温度に加熱した後、該基板を成膜室へ搬入して成膜を行うようにしたものである。
前記成膜の方法はプラズマＣＶＤ法であっても良い。
本発明の別の局面は、上記により製造した太陽電池材料である。
従って、本発明によれば、プレートノズルに形成したガス噴出口により、加熱ガスを導入し、衝突噴流によって基板を加熱するようにしたので、加熱効率を高めて基板の加熱時間を短縮できる。
従って、太陽電池材料が高効率に製造できる。

第１図は、本発明の真空成膜装置の全体配置構成を表わす概略平面図、第２図は、本発明の真空成膜装置における基板加熱装置の一例を示す切断正面図、第３図は、台車の側面図、第４図は、台車とレールの一部の斜視図、第５図は、第２図におけるプレートノズルの一部を拡大して示した断面図、第６図は、プレートノズルの面板に形成するガス噴出口を説明するための斜視図、第７図は、プレートノズルにより基板を加熱する他の実施例を示す部分断面図、第８図は、プレートノズルにより基板を加熱する更に他の実施例を示す部分断面図、第９図は、基板を挟むように配置するプレートノズルのガス導入口を相互に反対側の端部に形成した場合の切断平面図、第１０図は、本発明の衝突噴流により基板を加熱した場合と、従来の層流により基板を加熱した場合における時間の経過と基板の温度の変化との関係を比較して示した線図である。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図は本発明の真空成膜装置の一実施例であるプラズマＣＶＤ装置の全体配置構成を表わす概略平面図であり、このプラズマＣＶＤ装置は、基板装着部１と、プレートノズル３３を備えた基板加熱装置３と、均熱器４及び減圧装置５を備えたロードロック室６と、誘導結合型電極７、減圧装置８、原料ガス供給装置９及び温度調節装置１０を備えた成膜室１１と、外気導入口２及び減圧装置１２を備えたアンロードロック室１３と、基板取出部１４とを備えている。１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは気密を保持できる開閉可能なゲートバルブ、１６は複数の基板１７を鉛直に支持して移動できるようにした台車である。
台車１６に支持させた基板１７を成膜する作業は次のようにして行われる。基板装着部１において台車１６上に基板１７を鉛直に支持させる。第１図の例では台車１６上に６枚の基板１７を支持させている。
基板１７を支持した台車１６は、ゲートバルブ１５ａを開いて基板加熱装置３に進入し、続いてゲートバルブ１５ａを閉じた後、プレートノズル３３の作用によって基板１７を所定の温度まで均一に加熱する。
次に、ゲートバルブ１５ｂを開けてロードロック室６に台車１６を移動し、続いてゲートバルブ１５ｂを閉じた後、減圧装置５によりロードロック室６内を成膜室１１と同じ負圧まで減圧し、均熱器４により前記基板１７の温度を前記所定温度に維持する。
その後、ゲートバルブ１５ｃを開けて基板１７を成膜室１１に搬入し、続いてゲートバルブ１５ｃを閉めた後、減圧装置８により所定の負圧を保持した状態で、温度調節装置１０により前記基板１７の温度を前記所定温度に維持しつつ、原料ガス供給装置９により原料ガスを供給して、誘導結合型電極７の作用により基板１７にシリコン膜を形成する。
基板１７の成膜が終了すると、ゲートバルブ１５ｄを開けて基板１７をアンロードロック室１３に搬出する。このとき、アンロードロック室１３の内部は、減圧装置１２により予め前記成膜室１１と同じ負圧に減圧されており、基板１７がアンロードロック室１３に搬出されたらゲートバルブ１５ｄを閉める。
その後、外気導入口２を開き、アンロードロック室１３を大気圧に昇圧した後、ゲートバルブ１５ｅを開いて台車１６を外部に導出する。そして、台車１６を基板取出部１４に移動し、台車１６に支持された成膜済みの基板１７を取外す。
第１図に示した真空成膜装置によれば、基板１７の加熱と加熱した基板１７へのシリコン膜の形成とを略連続的に実施できるので、生産性を向上できると共に、台車１６上に複数の基板１７を支持して同時に加熱及びシリコン膜の形成ができるので更なる能率向上が図れる。
上記第１図のプラズマＣＶＤ装置において、基板１７を短時間で所定温度にしかも均一面温度になるように加熱するための基板加熱装置３の詳細を以下に説明する。
先ず、基板加熱装置３の説明に先立ち、台車１６について説明する。台車１６は、第２図〜第４図に示す如く、基板加熱装置３を構成する加熱室２３の内定部に設けたレール１８ａ，１８ｂ上を車輪１９によって走行可能な矩形形状の支持台２０を備えており、該支持台２０の走行方向前後の辺上には、左右方向に所要の間隔で夫々５本の支柱２１，２１’が対向するよう鉛直に固設してある。そして、第４図の最も左側における前後の支柱２１，２１’の右側面と左側から２番目の前後の支柱２１，２１’の左側面には、夫々支持具２２を介して基板１７が支持され、２枚の基板１７は対向するように配置されている。また、第３番目と第４番目の前後の支柱２１，２１’及び第５番目と第６番目の前後の支柱２１，２１’にも前記と同様に２枚の基板１７が対向するように支持されている。これにより、台車１６上には対向する３対、６枚の基板１７が鉛直に配置されている。
前記支持台２０の下面には前後に延びるラック２４が設けられており、該ラック２４に噛合するピニオン２５を備えた軸２６が加熱室２３を貫通して外部の駆動装置２７に連結されている。よって、駆動装置２７を駆動して前記ピニオン２５を回転することにより、ラック２４を介して前記台車１６がレール１８ａ，１８ｂに沿って走行できるようになっている。このとき、前記レール１８ａ，１８ｂは第１図のゲートバルブ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅの設置のために切断されており、よって前記駆動装置２７とピニオン２５はロードロック室６、成膜室１１、アンロードロック室１３の夫々に対応して設けられており、台車１６は前記レール１８ａ，１８ｂの切断部分を乗り越えて走行できるように複数の車輪１９を備えている。
前記加熱室２３の内部には、第２図に示す如く、前記台車１６の上部を仕切る上部仕切板２８と、台車１６の走行方向一側（右側）を仕切る側部仕切板２９が設けてあり、側部仕切板２９の上端は上部仕切板２８に固定されており下端は支持台２０の近傍まで延びている。更に、右側のレール１８ｂは第４図に示す如く梯子を横にした形状を有しておりガス流通用の開口３０が形成されている。更に、前記台車１６の基板１７を支持する支持台２０には、基板１７間を流下した加熱ガスが下方に向かって流下できるようにしたガス通路３６を形成している。これにより、前記加熱室２３の内部には、台車１６上の基板１７間と、台車１６の下部と、側部仕切板２９の右側下部と、上部仕切板２８の右側上部とが連通したガス循環流路３１が形成され、加熱ガス導入装置３２の一部を構成している。
前記上部仕切板２８の下部には、台車１６に対向支持された基板１７の中間に対応する位置において、基板１７と平行で且つ基板１７より面積が大きい矩形扁平形状を有するプレートノズル３３の上端が固定されており、プレートノズル３３の上端には上部仕切板２８の上側のガス循環流路３１とプレートノズル３３の内部とを連通するガス導入口３４が形成されている。従って、前記プレートノズル３３は上部にガス導入口３４が形成された扁平な袋状を呈している。第２図では３組の対向した基板１７間に対応するように３個のプレートノズル３３が上部仕切板２８に対して櫛歯状に設けられている。
前記扁平な袋状を有するプレートノズル３３における基板１７と対向している面板３３ａには、第２図、第５図、第６図に示す如く、基板１７の面に対し鉛直に加熱ガスを噴出して衝突させる複数のガス噴出口３５を形成することによりガス噴出部Ａを構成している。このガス噴出部Ａのガス噴出口３５の配置は、基板１７の温度分布が実用上均一となるものであればよく、従って升目状或いは千鳥状のように規則的なものであってもよいし、一定の面密度となるように不規則に配置したものであってもよい。
前記加熱ガス導入装置３２は、前記ガス循環流路３１の上下中間位置に隔壁３７を設けており、該隔壁３７に形成した開口部に、駆動装置３８によって回転駆動される循環ファン３９を設けており、更に、前記ガス循環流路３１内における隔壁３７と前記開口３０を備えたレール１８ｂとの間にはガスを加熱するガス加熱器４０を設けている。第２図に示すガス加熱器４０は、前記循環ファン３９より下側のガス循環流路３１に伝熱管４１を配置し、該伝熱管４１に調節弁４２を介し高温流体を供給して熱交換によりガスを加熱するようにしている。また、上記伝熱管４１にてガスを加熱する方法以外に、例えば燃焼筒をガス循環流路３１に設置して燃料を燃焼筒で燃焼させることによりガスを加熱するようにしてもよく、この場合には前記調節弁４２によって燃料流量を調節する。尚、上部仕切板２８より上部の位置には高温用フィルタ４３が設けられている。
また、前記加熱室２３内のガス温度、好ましくは上部仕切板２８の直上のガス温度を検出する温度検出器４４を備えており、該温度検出器４４による検出温度を入力して該検出温度が所定の一定値に保持されるように前記調節弁４２を調節してガス加熱器４０によるガスの加熱を調節するようにした温度調節器４５を備えている。
第２図、第５図では、プレートノズル３３の両側の面板３３ａにガス噴出口３５によるガス噴出部Ａを備え、且つ該ガス噴出部Ａに対向するように基板１７を配置し、これによって基板１７の一方の面のみを加熱する場合を示しているが、第７図に示すようにプレートノズル３３の一側の面板３３ａのみにガス噴出部Ａを備えることによって基板１７の一方の面のみを加熱してもよい。一方、第８図に示すように、プレートノズル３３の両側の面板３３ａにガス噴出部Ａを備え、ガス噴出口３５からの加熱ガスの噴射によって基板１７の両面を同時に加熱するようにしてもよい。
また、第９図の切断平面図に示すように、前記基板１７を挟むように配置され、基板１７と対向する面にガス噴出部Ａを備えたプレートノズル３３において、各プレートノズル３３内に発生する圧力勾配によって生じるガス噴出量の不均一が互いに相殺される位置になるようにガス導入口３４を備えることは好ましい。即ち、基板１７を挟むプレートノズル３３に備えるガス導入口３４が、相互に反対側（上下反対側或いは左右反対側）の端部に位置するように形成してもよい。第９図では一方（左側）のプレートノズル３３には紙面の上部にガス導入口３４を備え、他方（右側）のプレートノズル３３には紙面の下側にガス導入口３４を備えている。従って、一方のガス導入口３４から一方のプレートノズル３３に導入された加熱ガスと、他方のガス導入口３４から他方のプレートノズル３３に導入されたガスは、互いに反対方向に対向して流動し各ガス噴出口３５から噴出するようになる。
以下に、上記実施例の作用を説明する。
第２図の構成において、駆動装置３８により循環ファン３９を駆動し、ガス循環流路３１内のガスが下から上に向かって流動するようにすると共に、ガス加熱器４０の伝熱管４１に高温流体を供給してガスを加熱する。ガス加熱器４０で加熱された高温ガスは、循環ファン３９より高温用フィルタ４３に送られて清浄にされた後、ガス導入口３４から各プレートノズル３３内に導かれ、プレートノズル３３の面板３３ａに形成したガス噴出部Ａの複数のガス噴出口３５から基板１７の面に鉛直に衝突するように吹付けられる。これによって基板１７は加熱される。
基板１７に吹付けられて基板１７を加熱した後の加熱ガスは、対向している基板１７間を流下し、支持台２０のガス通路３６を通って下方に流動し、レール１８ｂの開口３０を経て再びガス加熱器４０に導かれる。
このとき、上部仕切板２８の上部に設けた温度検出器４４の検出ガス温度を入力している温度調節器４５は、調節弁４２により高温流体の流量を調節して、プレートノズル３３に導入される加熱ガスの温度を常に所定の一定値に保持するように制御する。これによって基板１７は常に目的の所定温度に確実に加熱されるようになる。また、前記したガス加熱器４０に供給する高温流体の流量を調節する方式以外に、循環ファン３９による加熱ガスの循環量を調節して基板１７の加熱温度を調節してもよい。
第５図、第７図、第８図に示した如く、プレートノズル３３は、ガス噴出部Ａの各ガス噴出口３５によって加熱ガスを基板１７の面に対して鉛直に衝突するように吹付けるので、加熱ガスの衝突によって生じる衝突噴流により基板１７は高効率で加熱される。
第１０図は第５図、第７図、第８図に示したように基板１７の面に加熱ガスを衝突させるように鉛直に吹付けて衝突噴流により基板を加熱した場合（実線）と、前記特開２００１−１８７３３２号公報に示した従来例のように基板と平行な沿面流（層流）の加熱ガスによって基板を加熱した場合（破線）とにおける時間の経過と基板１７の温度の変化との関係を比較して示したものである。第１０図では、同一の加熱ガス流量を用いて目標温度範囲まで加熱する場合の基板１７の温度変化を定性的に示している。
第１０図から明らかなように、層流による加熱（破線）は本発明における衝突噴流による加熱（実線）よりも目標温度範囲まで到達するのに長時間が必要である。従って、層流による加熱において加熱時間を短縮しようとした場合には、加熱ガスの供給を大幅に増大させる必要があり、従って運転コストが増加してしまう。また、このように大量の加熱ガスを基板１７に沿って流す場合には、基板１７の幅方向での流量が均一になるように調整することが更に難しくなり、そのために基板１７の面温度の不均一が更に生じ易くなる問題がある。
上記したように、プレートノズル３３の面板３３ａに備えたガス噴出部Ａのガス噴出口３５によって、加熱ガスを基板１７の面に鉛直に衝突するように吹付け、基板１７を衝突噴流によって加熱するようにしたので、基板１７を短時間に高効率で加熱することができる。
更に、前記面板３３ａに備えたガス噴出部Ａのガス噴出口３５が、基板１７を面方向に均一に加熱できる配置で形成してあるので、基板１７の面温度を精度良く均一に加熱できる。
本発明の実施例では、ガス噴出口３５を円形とした。また、実験の中心条件としてその直径Ｂを３ｍｍ、また、面板３３ａと基板１７との間隔Ｈを３０ｍｍに設定した。直径Ｂを一定にして間隔Ｈを１５ｍｍから１５０ｍｍの範囲で変化させて基板１７の昇温速度を測定した。その結果、１５ｍｍから２０ｍｍまでは、殆ど昇温速度は変化が無かったが、１５ｍｍから３０ｍｍにかけて一旦昇温速度が上昇して最大値をとり、その後、３０ｍｍ以上の間隔で、昇温速度が低下した。間隔６０ｍｍでは、最大値の６割程度の昇温速度にまで低下した。同様の実験をガス噴出口３５の直径を２ｍｍとして行ったが、間隔４０ｍｍ以上では、昇温速度の低下が激しかった。
一般に、衝突噴流による加熱では、熱伝達率が間隔Ｈや直径Ｂや流速等により複雑に変化するために統一的に熱伝達率を記述することはできないといわれている。しかし、この実験により、工業的に応用可能な流速等の条件を加味した場合、比Ｈ／Ｂを２０以下に保つと、基板１７を高速に昇温することができることがわかった。
また、本実施例では、ガス噴出口３５のピッチｒを３５ｍｍとして正方形の格子状に配列し、厚さ４ｍｍのガラスを基板１７として用いて実験を行った。ガス噴射口３５正面のよどみ点とガス噴射口３５から最も遠い位置の温度差を測定した。実験の中心条件で加熱を行ったとき、昇温過程においてこの各点の最大の温度差は、３０℃となった。ガラス基板の面内温度差は５０℃を超えると破損する確率が上がることが経験的にわかっている。本実施例では、ほぼ破損の心配が無いことがわかった。しかし、例えば、ガス噴射口３５のビッチを６０ｍｍ以上に拡大するとガラス面内の温度差によりガラス基板が破損することがわかった。また、ガラス基板の厚さを２ｍｍ程度以下に薄くすると、ガラス基板の面内の熱移動が遅くなるのでやはり破損することが推定できた。
一方、袋形状を有しているプレートノズル３３の上端のガス導入口３４からプレートノズル３３に導入された加熱ガスは、上部と下部とで圧力が変化することによって、上部のガス噴出口３５から噴出される加熱ガス量に対し下部のガス噴出口３５から噴出される加熱ガス量が減少し、このために、基板１７の加熱温度に上下で偏差が生じる可能性が考えられる。しかし、実際には温度の偏差を殆ど生じさせないようにできることが判明した。即ち、上部のガス噴出口３５のガス噴出量と下部のガス噴出口３５のガス噴出量を殆ど同じにするには、プレートノズル３３の上流側と下流側との圧力差をできるだけ小さくすることが有効であり、このために、プレートノズル３３の空間容量を大きく設計することによって、上流のガス噴出量と下流のガス噴出量を略同等にして温度の偏差を殆どなくすことができた。
一方、第９図に示した如く、基板１７を挟むように配置するプレートノズル３３のガス導入口３４を相互に反対側の端部に形成するようにした構成とすれば、プレートノズル３３内の圧力の変化が互いに逆方向になって相殺され、これにより基板１７を挟んで設けた左右のプレートノズル３３から噴出される加熱ガスの噴出量の和が長手方向（第９図では上下方向）で均等になり、よって、基板を均一温度で加熱することが可能になる。
上記のように基板加熱装置３によって所定の温度で且つ均一な面温度に加熱された基板１７は、第１図のロードロック室６に搬入されて均熱器４によりその温度が維持され、続いて、基板１７は成膜室１１に搬入されてシリコン膜の形成が行われるが、このとき成膜室１１に備えられた温度調節装置１０によって基板１７は前記所定の温度に維持される。従って、基板１７は均一面温度を保持した状態でシリコン膜の形成が行われるので、基板１７には良好な品質のシリコン膜が形成される。
従って、上記の真空成膜装置によれば、高品質の太陽電池材料を高能率に生産することができる。
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ装置以外のスパッタリング装置、蒸着装置、イオン化蒸着装置等の基板の加熱が必要である真空成膜装置にも適用できること、プレートノズルの形状は種々変更し得ること、加熱ガス導入装置は上述の実施例以外の構成のものも採用し得ること等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

基板に真空成膜処理する際の前処理として行う基板の加熱が、短時間で高能率に行い得られ、更に昇温途中及び加熱完了後において均一な面温度が得られ、しかも複数の基板を同時に加熱でき、よって、高品質の太陽電池材料等の製品を高能率に生産できるようになる。

Claims (12)

1. 基板加熱装置により加熱した基板を成膜室に導入して成膜を行う真空成膜装置であって、前記基板加熱装置が、加熱室と、該加熱室に搬入される基板の面と所要の間隔を有して加熱室に配置されガス導入口を備えた扁平形状のプレートノズルと、該プレートノズルのガス導入口に加熱ガスを導く加熱ガス導入装置とを備え、前記プレートノズルにおける基板と対向する面板に基板を加熱ガスの衝突噴流により加熱するための複数のガス噴出口を備えたことを特徴とする真空成膜装置。
2. 前記ガス噴出口の代表的寸法をＢと置いたときに、このＢと前記所要の間隔Ｈとの間に、Ｈ／Ｂ＜２０なる関係を持つことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
3. 前記基板の厚さがｔのガラスであり、前記ガス噴出口相互の距離をｒとしたときに、ｒ／ｔ＜２０なる関係を持つことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
4. 前記ガス噴出口の代表的寸法をＢと置いたときに、このＢと前記所要の間隔Ｈとの間に、Ｈ／Ｂ＜２０なる関係を持ち、前記基板が厚さｔのガラスであり、前記ガス噴出口相互の距離をｒとしたときに、ｒ／ｔ＜２０なる関係を持つことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
5. 前記プレートノズルの両側の面板にガス噴出口を備え、プレートノズルの両側の面板に対峙するように基板を配置したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
6. 前記基板を挟むように配置したプレートノズルが、各プレートノズル内に発生する圧力勾配によって生じるガス噴出量の不均一が互いに相殺される位置にガス導入口を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
7. 前記プレートノズルが、その相互間に基板が配置されるように櫛歯状に複数備えられた櫛歯ノズルであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
8. 前記基板が台車に支持されて搬送され、前記プレートノズルから噴出した加熱ガスが前記台車を通して前記加熱ガス導入装置に導かれるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の真空成膜装置。
9. 基板加熱装置を成膜室に連結して配置し、基板を基板加熱装置に搬入し、基板の面と所要の間隔を有するプレートノズルの面板に備えたガス噴出口から加熱ガスを噴出させ、衝突噴流によって基板を加熱し、基板を均一温度に加熱した後、該基板を成膜室へ搬入して成膜を行うことを特徴とする真空成膜方法。
10. 前記成膜の方法がプラズマＣＶＤ法であることを特徴とする請求の範囲第９項記載の真空成膜方法。
11. 請求の範囲第９項記載の真空成膜方法により製造した太陽電池材料。
12. 請求の範囲第１０項記載の真空成膜方法により製造した太陽電池材料。

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